JPH09318389A - 磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検出対象の運動を正確に検出でき、絶縁基
板に複数の電子部品を搭載する。 【解決手段】 第１のバイアス磁石２１ａは、ギア１４
に向けてバイアス磁界を発生し、第２のバイアス磁石２
１ｂは、ギア１４に向けてバイアス磁界を発生し第１の
バイアス磁石２１ａに対向してギア１４の運動方向に配
置されバイアス磁界の極性が第１のバイアス磁石２１ａ
で発生したバイアス磁界の極性と互いに同方向となるよ
うに配置され、磁気抵抗効果素子２５は、第１のバイア
ス磁石２１ａと第２のバイアス磁石２１ｂとの間のバイ
アス磁界中にあってギア１４の運動方向とバイアス磁石
２１ａ及び第２のバイアス磁石２１ｂのバイアス磁界方
向とのなす面に設置されギア１４の運動に応じたバイア
ス磁界の状態変化により抵抗変化を生ずる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
の抵抗変化を利用して被検出対象の移動，回転等を検出
する高感度な磁気検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気センサは、バイアス磁石を有し、磁
気抵抗効果素子の抵抗変化を利用して磁性体からなる被
検出対象の移動，回転等を検出するものであり、小型で
あることから、広く利用されている。

【０００３】この種の従来の磁気センサの公知技術とし
て、例えば、特開平３−１９５９７０に記載されたもの
がある。

【０００４】特開平３−１９５９７０に記載された磁気
センサの第１の方式を図８（ａ）（ｂ）に示す。図８
（ａ）（ｂ）に示す磁気センサには、磁性材料からなる
被検出対象としてのギア１４に向けてバイアス磁界を発
生するバイアス磁石１３が設けられる。

【０００５】このバイアス磁界の方向に垂直な面に磁気
抵抗効果素子１１ａ〜１１ｄを形成した絶縁基板１２が
配置される。

【０００６】バイアス磁石１３から発生したバイアス磁
界の磁力線は、ギア１４の山と谷で周期的に変調され、
ギア１４の歯の相対位置に応じて正弦波状に変化する。

【０００７】バイアス磁界の振れ角度θは、ギア１４の
移動に伴って変化する。この磁界角度の変化による磁気
抵抗効果素子１１ａ〜１１ｄの面内に生ずる振れ角方向
の磁界強度の変化を前記磁気抵抗効果素子１１ａ〜１１
ｄの抵抗変化として検出し、ギア１４の運動を検出して
いる。

【０００８】また、図９に磁界の振れに対する各磁気抵
抗効果素子１１ａ〜１１ｄの抵抗変化と、磁気検出装置
の出力を示す。図９（ａ）のように、エアギャップが大
であるときは、ギア１４の運動に伴いクロス点Ａを中心
に磁界角度θが変化する。

【０００９】エアギャップが大であるときは、変化する
磁界角度は小さいため、もう一つのクロス点Ｂまで到達
することはない。

【００１０】このため、検出回路は正常な０，１出力を
発生し、ギア１４の運動の周波数と同じ周波数の出力が
得られ、精度良くギア１４の運動が検出できる。

【００１１】しかし、エアギャップが小となると、磁界
角度θが大きくなるため、通常使用するクロス点Ｃ以外
にもう一つのクロス点Ｄも使用してしまう。このため、
正常の０，１出力以外にもう一つの０，１の誤出力を発
生してしまう。

【００１２】その結果、ギア１４の運動の周波数の２倍
の周波数の出力が発生してしまい、精度良くギア１４の
運動を検出できなくなってしまう。これは、図８に示す
角度θと絶縁基板１２自身との傾きにより、磁界ベクト
ルがマイナスまで進んでしまうからである。

【００１３】次に、この問題を解決したものとして、特
開平３−１９５９７０に記載された磁気センサの第２の
方式を図１０に示す。図１０に示すように、絶縁基板１
２ａに設けられたくし歯状の磁気抵抗効果素子１５は、
バイアス磁界方向Ｂと、ギアの運動方向Ｘとの２方向を
有する面に配置される。

【００１４】磁気抵抗効果素子１５は、バイアス磁石１
３とギア１４との間に斜め４５゜のパターンで配置さ
れ、磁界の振れ角θに依存する検出出力を発生し、抵抗
値変化がバイアス磁界の状態変化によって単調増加及び
単調減少のうちいずれか一方のみの変化となり、極大
値、極小値を越えて変化することはない。

【００１５】このため、ギア１４の運動の周波数と同じ
周波数の出力が得られ、２倍の周波数の信号は出力され
ない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示す従来の磁気センサの構成にあっては、１周期の信
号は出力されるものの、磁気抵抗効果素子１５の背後に
バイアス磁石１３が設けられている。このため、絶縁基
板１２ａに複数の電子部品を搭載することができなかっ
た。

【００１７】本発明の目的は、被検出対象の運動を正確
に検出でき、かつ、絶縁基板に複数の電子部品を搭載で
きる磁気検出装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の手段を採用した。請求項１の発明
は、磁性材料を有する被検出対象に向けてバイアス磁界
を発生する第１の磁界発生部と、前記磁性材料を有する
被検出対象に向けてバイアス磁界を発生し、前記第１の
磁界発生部に対向して被検出対象の運動方向に配置さ
れ、バイアス磁界の極性が前記第１の磁界発生部で発生
したバイアス磁界の極性と互いに同方向となるように配
置される第２の磁界発生部と、前記第１の磁界発生部と
前記第２の磁界発生部との間のバイアス磁界中にあって
前記被検出対象の運動方向と前記第１の磁界発生部及び
前記第２の磁界発生部のバイアス磁界方向とのなす面に
設置され、前記被検出対象の運動に応じた前記バイアス
磁界の状態変化により抵抗変化を生ずる磁気抵抗効果素
子とを備えることを要旨とする。

【００１９】この発明によれば、バイアス磁界の極性が
第１の磁界発生部のバイアス磁界の極性と互いに同方向
となるように第２の磁界発生部を第１の磁界発生部に対
向して被検出対象の運動方向に配置させ、第１の磁界発
生部と第２の磁界発生部との間のバイアス磁界中に磁気
抵抗効果素子を配置し、かつ、磁気抵抗効果素子を被検
出対象の運動方向と第１及び第２の磁界発生部のバイア
ス磁界方向とのなす面に設置したので、第１の磁界発生
部と第２の磁界発生部との間の空間では、反発磁界が発
生する。

【００２０】この反発磁界中の磁気抵抗効果素子におい
て、その反発磁界の方向と磁気抵抗効果素子に流れる電
流の方向となす角度の変化により、抵抗値が単調に増加
または単調に減少するので、被検出対象の運動の周波数
と同じ周波数の出力が得られ、２倍の周波数の信号は出
力されない。

【００２１】また、２つの磁界発生部の間に磁気抵抗効
果素子を有する絶縁基板を挿入できることから、前記絶
縁基板に複数の電子部品を搭載することができる。

【００２２】また、請求項２の発明において、前記磁気
抵抗効果素子は、前記第１の磁界発生部または前記第２
の磁界発生部の前記被検出対象側近傍に配置されること
を要旨とする。

【００２３】磁気抵抗効果素子を、前記第１の磁界発生
部または前記第２の磁界発生部の前記被検出対象側近傍
に配置することで、被検出対象が反発磁界中に存在する
ことになる。

【００２４】さらに、請求項３の発明において、前記第
２の磁界発生部は、第１の磁界発生部に対向して配置さ
れた第１の位置から着磁方向に沿って所定量だけずらし
た第２の位置に配置されることを要旨とする。

【００２５】第２の磁界発生部を、第１の磁界発生部に
対向して配置された第１の位置から着磁方向に沿って所
定量だけずらした第２の位置に配置すれば、これら２つ
の磁界発生部により形成された反発磁界と磁気抵抗効果
素子のパターンとのなす角度を適切な角度に設定できる
ので、検出出力をあげることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の磁気検出装置の実
施の形態を図面を参照して説明する。図１に本発明の磁
気検出装置の実施の形態の断面図を示す。図２に本発明
の磁気検出装置の実施の形態の斜視図を示す。

【００２７】図１に示す磁気検出装置は、磁気センサで
あり、回転運動を行なう被検出対象としてのギア１４を
設ける。

【００２８】ギア１４の運動方向ｉに沿って順番に、第
１の磁界発生部としての第１のバイアス磁石２１ａ、磁
気抵抗効果素子２５を有する絶縁基板２３、第２の磁界
発生部としての第２のバイアス磁石２１ｂが設けられ
る。

【００２９】第１のバイアス磁石２１ａは、立方体また
は直方体からなり、磁性材料を有するギア１４に向けて
バイアス磁界を発生するもので、ギア１４側にＮ極が配
置されている。

【００３０】第２のバイアス磁石２１ｂは、立方体また
は直方体からなり、第１のバイアス磁石２１ａと対向し
てギア１４の運動方向ｉに配置され、前記磁性材料を有
するギア１４に向けてバイアス磁界を発生するもので、
ギア１４側にＮ極が配置されている。

【００３１】なお、第２のバイアス磁石２１ｂのＮ極と
第１のバイアス磁石２１ａのＮ極とが対峙しているが、
第２のバイアス磁石２１ｂのＮ極は、第１のバイアス磁
石２１ａのＮ極に対して、着磁方向に沿ってシフト量ｅ
だけ右にシフトされている。このシフト量ｅは任意に変
更できるものであり、例えば、零にしても良い。

【００３２】このシフト量ｅを可変するのは、第２のバ
イアス磁石２１ｂのＮ極と第１のバイアス磁石２１ａの
Ｎ極とによる反発磁界と磁気抵抗効果素子２５のパター
ンとの角度θを調整するためである。

【００３３】また、第１のバイアス磁石２１ａのギア側
にＳ極が配置された場合には、第２のバイアス磁石２１
ｂのギア側にＳ極を配置させるようにすればよい。

【００３４】磁気抵抗効果素子２５は、第１のバイアス
磁石２１ａと第２のバイアス磁石２１ｂとの間のバイア
ス磁界中に設けられ、ギア１４の運動方向と、第１のバ
イアス磁石２１ａ及び第２のバイアス磁石２１ｂの磁界
方向とのなす面に設置されており、ギア１４の運動に応
じた前記バイアス磁界の状態変化により抵抗変化を生ず
る。

【００３５】磁気抵抗効果素子２５は、第１のバイアス
磁石２１ａのギア１４側の近傍に配置されるか、または
内側に配置される。

【００３６】なお、絶縁基板２３には、前記磁気抵抗効
果素子２５以外に、図示しない集積回路（ＩＣ）や、抵
抗、コンデンサなどが搭載される。

【００３７】このように構成された磁気検出装置によれ
ば、第１のバイアス磁石２１ａと第２のバイアス磁石２
１ｂとの間の空間では、第１のバイアス磁石２１ａのＮ
極と第２のバイアス磁石２１ｂのＮ極とが反発しあうの
で、図３に示すように、反発磁界領域ｈにおいて、磁力
線は、ぶつかりあうようになる。

【００３８】そして、その反発磁界領域ｈに磁気抵抗効
果素子２５が配置されているので、図５に示すように、
磁気抵抗効果素子２５のパターンに流れる電流Ｉの方向
と反発磁界Ｈの方向との間に角度θが設定される。

【００３９】ここで、磁気抵抗効果素子２５に磁性薄膜
であるＮｉ−Ｆｅや、Ｎｉ−Ｃｏ合金を数百オングスト
ロームで成膜した後に、磁界方向と磁気抵抗効果素子２
５のパターンに流れる電流の方向となす角度θで磁界を
印加し、磁界強度を変化させると、図４に示すように抵
抗が変化する。

【００４０】例えば、角度を９０゜に設定して磁界を印
加し、磁界を−２００Ｏ_e （エルステッド）から＋２０
０Ｏ_e まで変化させると、図４に示すように、抵抗値が
大きく変化する。

【００４１】また、磁界を２００Ｏ_e に固定し、磁界と
磁気抵抗効果素子２５のパターンとのなす角度θを変化
させると、抵抗値はｇライン上で単調に増加または単調
に減少して変化するので、ギア１４の運動の周波数と同
じ周波数の出力が得られ、２倍の周波数の信号は出力さ
れない。

【００４２】すなわち、第１のバイアス磁石２１ａと第
２のバイアス磁石２１ｂとによる反発磁界領域ｈを使用
することにより、図４に示す角度変化のラインｇを使用
することができ、ギア１４の一つの山に対して１周期の
信号が出力される。

【００４３】また、第２のバイアス磁石２１ｂを、第１
のバイアス磁石２１ａに対向して配置された第１の位置
から着磁方向に沿って所定のシフト量ｅだけずらした第
２の位置に配置すれば、これら２つのバイアス磁石２１
ａ，２１ｂにより形成された反発磁界と磁気抵抗効果素
子２５のパターンとのなす角度を４５゜に設定できるの
で、検出出力をあげることができる。

【００４４】この場合、検出力は、ギア１４の形状、ギ
ア１４との距離、センサのパターン形状、磁石形状、磁
石の配置等に依存する。

【００４５】また、２つのバアイアス磁石２１ａ，２１
ｂの間に磁気抵抗効果素子２５を有する絶縁基板２３を
挿入できることから、前記絶縁基板２３に複数の電子部
品を搭載することができる。

【００４６】なお、磁気抵抗効果素子２５としては、例
えば、図６に示すように９０゜ずつ回転した４つのくし
歯状のパターン２５ａ〜２５ｄを用いると良い。

【００４７】この場合、図７に示すように、端子Ｐ１に
電圧Ｖccを印加し、端子Ｐ３をグランド（ＧＮＤ）にし
て、各々のパターン２５ａ〜２５ｄに電流を流す。そし
て、各々のパターン２５ａ〜２５ｄと反発磁界との角度
θにより、各々のパターン２５ａ〜２５ｄに対応する各
々の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４が変化する。

【００４８】そして、図６に示す各々のパターン２５ａ
〜２５ｄは、図７に示す等価回路に表されるから、各々
の抵抗値の変化により、端子間Ｐ２−Ｐ４において、電
圧差Ｖａ−Ｖｂが検出出力として取り出される。

【００４９】このように、第１のバイアス磁石２１ａと
第２のバイアス磁石２１ｂとの間の反発磁界領域中に磁
界抵抗効果素子２５を挿入し、磁気抵抗効果素子のパタ
ーン２５ａ〜２５ｄに流れる電流の方向と磁界の方向と
の間に角度θを設けたので、ギア１４の一つの山に対し
て１周期の信号が出力される。その結果、正確にギア１
４の運動を検出することができる。

【００５０】また、ギア１４に最も近い第１のバイアス
磁石２１ａより磁気抵抗効果素子２５が同列または、内
側に入るので、ギア１４と第１のバイアス磁石２１ａと
が衝突しても、磁気抵抗効果素子２５にダメージを与え
ることはない。

【００５１】さらに、バイアス磁石２１ａ，２１ｂを２
個にして、その間へ絶縁基板２３を挿入できることか
ら、この絶縁基板２３へのＩＣや抵抗等を搭載すること
ができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、バイアス磁界の極性が
第１の磁界発生部のバイアス磁界の極性と互いに同方向
となるように第２の磁界発生部を第１の磁界発生部に対
向して被検出対象の運動方向に配置させ、第１の磁界発
生部と第２の磁界発生部との間のバイアス磁界中に磁気
抵抗効果素子を配置し、かつ、磁気抵抗効果素子を被検
出対象の運動方向と第１及び第２の磁界発生部のバイア
ス磁界方向とのなす面に設置したので、第１の磁界発生
部と第２の磁界発生部との間の空間では、反発磁界が発
生する。

【００５３】この反発磁界中の磁気抵抗効果素子におい
て、その反発磁界の方向と磁気抵抗効果素子に流れる電
流の方向となす角度の変化により、抵抗値が単調に増加
または単調に減少するので、被検出対象の運動の周波数
と同じ周波数の出力が得られ、２倍の周波数の信号は出
力されない。

【００５４】また、２つの磁界発生部の間に磁気抵抗効
果素子を有する絶縁基板を挿入できることから、前記絶
縁基板に複数の電子部品を搭載することができる。

【００５５】また、磁気抵抗効果素子を、前記第１の磁
界発生部または前記第２の磁界発生部の前記被検出対象
側近傍に配置することで、被検出対象が反発磁界中に存
在することになる。

【００５６】さらに、第２の磁界発生部を、第１の磁界
発生部に対向して配置された第１の位置から着磁方向に
沿って所定量だけずらした第２の位置に配置すれば、こ
れら２つの磁界発生部により形成された反発磁界と磁気
抵抗効果素子のパターンとのなす角度を適切な角度に設
定できるので、検出出力をあげることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気検出装置の実施の形態を示す断面
図である。

【図２】本発明の磁気検出装置の実施の形態を示す斜視
図である。

【図３】磁気抵抗効果素子付近の磁界を示す図である。

【図４】磁界及び磁界角度に対する抵抗値の変化を示す
図である。

【図５】パターンに流れる電流と磁界とのなす角度を示
す図である。

【図６】磁気抵抗効果素子のパターン形状の一例を示す
図である。

【図７】図６に示す磁気抵抗効果素子の等価回路を示す
図である。

【図８】従来の磁気検出装置の一例を示す図である。

【図９】図８に示す磁気検出装置の検出回路出力を示す
図である。

【図１０】従来の磁気検出装置の他の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１ａ〜１１ｄ 磁気抵抗効果素子 １２ 絶縁基板 １３ バイアス磁石 １４ ギア ２１ａ 第１のバイアス磁石 ２１ｂ 第２のバイアス磁石 ２３ 絶縁基板 ２５ 磁気抵抗効果素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材料を有する被検出対象に向けてバ
   イアス磁界を発生する第１の磁界発生部と、 前記磁性材料を有する被検出対象に向けてバイアス磁界
   を発生し、前記第１の磁界発生部に対向して被検出対象
   の運動方向に配置され、バイアス磁界の極性が前記第１
   の磁界発生部で発生したバイアス磁界の極性と互いに同
   方向となるように配置される第２の磁界発生部と、 前記第１の磁界発生部と前記第２の磁界発生部との間の
   バイアス磁界中にあって前記被検出対象の運動方向と前
   記第１の磁界発生部及び前記第２の磁界発生部のバイア
   ス磁界方向とのなす面に設置され、前記被検出対象の運
   動に応じた前記バイアス磁界の状態変化により抵抗変化
   を生ずる磁気抵抗効果素子とを備えることを特徴とする
   磁気検出装置。
2. 【請求項２】 前記磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁
   界発生部または前記第２の磁界発生部の前記被検出対象
   側近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の
   磁気検出装置。
3. 【請求項３】 前記第２の磁界発生部は、前記第１の磁
   界発生部に対向して配置された第１の位置から着磁方向
   に沿って所定量だけずらした第２の位置に配置されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。